CN101286591A - 宽频带天线 - Google Patents

Abstract

一种宽频带天线，其不会降低天线增益且可在宽频带内降低流向馈电线路的漏电流。宽频带天线(1)具有：第一辐射元件(11)、第二辐射元件(12)及馈电线路(13)。第一辐射元件(11)是等腰三角形形状的导体部件。另外，第二辐射元件(12)是由等腰三角形形状的辐射部(12A)和以从该辐射部(12A)的底边两端向下方延伸的方式安装的两个电极部(120)构成的导体部件。另外，馈电线路(13)是同轴电缆。电极部(120)的长度方向轴配置成与馈电线路(13)平行。

Description

宽频带天线

技术领域

本发明涉及在利用UWB(Ultra Wide Band：超宽带)技术的Broadband-PAN(Personal Area Network：个人局域网)等通信系统中使用的宽频带天线。

背景技术

在UWB这样的宽频带通信所使用的天线中，希望天线增益相对于频率不变化。其理由如下：由于可从通信设备辐射的电磁波电力的最大值由无线电法规确定，故对应工作频带宽度内天线增益的最大值来设计通信设备。因此，在利用宽频带的频率(3.1GHz～4.9GHz)进行通信时，根据工作频带宽度内天线增益的最小值来决定通信距离。即，存在有天线增益相对于频率有较大变动时、通信距离变短的问题。

例如，如图19所示，表示两种天线A、B中频率和天线增益的关系。在天线A、B中，工作频带内的天线增益的最大值大致相等。但是，着眼于工作频带内的天线增益的最小值的话，可知：天线A的增益最小值与增益最大值相比几乎不变，在工作频带内可获得大致相同的天线增益，而天线B的增益最小值与最大值相比大幅度减少。因此，天线B的通信距离被与增益最大值相比大幅度减少的增益最小值限制，可以说天线B不适合宽频带通信。

另外，UWB通信设备通常设定在屋内使用，故UWB通信设备所使用的宽频带天线(UWB天线)将信号发送接收设备放置在屋内的任何位置都能进行通信为好。因此，如图20所示，在UWB天线中，希望具有无指向性，以相对于水平面内方向(图20的XY平面内的方向)的任意方向都辐射相同的电力。另外，考虑到会将信号发送器和信号接收器设置在不同的高度，所以希望在一定程度的垂直面方向也具有无指向性。

大多数电子设备都要求设备的小型化，这一点在上述的通信设备中也不例外。在宽频带天线中谋求小型化时，存在因向馈电线路泄漏的漏电流而影响无指向性的问题。以下对此进行详细说明。

天线的结构通常具有辐射元件和向该辐射元件供给电信号的馈电线路。另外，上述天线的馈电线路使用同轴电缆，但从该天线辐射信号电波时，发生从馈电点向同轴电缆的外导体的漏电流。因该漏电流而导致在同轴电缆的周围产生电磁场，由该漏电流产生的电磁场以牵引从天线的辐射元件辐射的信号电波的方式起作用。通常，天线的馈电线路存在于辐射元件的下部，此时从辐射元件辐射的信号电波在下方变强而在上方变弱，故特别是影响垂直面方向的无指向性。例如，在将信号接收天线配置于比信号发送天线高的位置时，信号的接收状态有可能变差。

相对于辐射元件、馈电线路的直径越大，因上述漏电流导致的对无指向性的不良影响就越显著。即，为了将天线小型化而越减小辐射元件，不良影响就越显著。

在专利文献1中公开有如下的技术，即，在具有辐射导体、接地导体及馈电线路的非平衡型天线中，利用电流吸收体覆盖馈电线路的一部分，并且使接地导体端部的一部分为低导电率，从而通过电阻使流向馈电线路的漏电流衰减。

另外，在专利文献2中公开有如下技术，即，通过在馈电线路上安装长度为工作波长λ/4的辐射元件，利用反射波消除漏电流。

专利文献1：(日本)特开2005-12841号公报(公开日：2005年1月13日)

专利文献2：(日本)特开平10-233619号公报(公开日：1998年9月2日)

但是，在专利文献1的技术中，因由电阻而使漏电流衰减，故存在如下问题，即，向水平面方向的天线增益降低，在工作频带内的天线增益的最大最小幅度增大。

另外，专利文献2的技术存在如下问题，即，仅在窄频带起作用，在UWB这样的宽频带不能利用工作频带的所有频率来防止漏电流，在工作频带内天线增益的最大最小幅度增大。

发明内容

本发明是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于提供一种宽频带天线，可在整个宽频带内降低流向馈电线路的漏电流，抑制天线增益相对于频率的变动(频率平坦特性)。

为了解决上述课题，本发明的宽频带天线具有由第一辐射元件及第二辐射元件构成的辐射元件、和由同轴电缆构成的馈电线路，所述第一辐射元件及所述第二辐射元件是如下的导体部件，其以与向所述辐射元件供电的馈电点相对的方式配置，具有相对于通过所述馈电点的直线而线对称的形状，所述第一辐射元件与所述馈电线路的内芯连接，所述第二辐射元件与所述馈电线路的外导体连接，所述第二辐射元件连接有如下的导体部件，该导体部件以长度方向轴与所述馈电线路平行的方式配置，由相对于通过所述馈电点的直线而线对称的两个电极部构成。

根据上述结构，通过从馈电线路向辐射元件供给信号电流，从该辐射元件辐射信号电波。此时，流向馈电线路的漏电流因设有电极部而被抑制。即，由于电极部的长度方向轴以与馈电线路平行的方式配置，故由流向馈电线路的漏电流产生的电磁场与由在电极部流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路流动的漏电流被消除。由此，由上述漏电流产生的、对频率平坦特性的不良影响被抑制。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带内的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件为好：

5≤b/a≤13

c/λ₀≤0.25

-36.4×c/λ₀+13≤b/a

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，在所述宽频带天线中，所述辐射元件至少在电介质基板的一面上形成有成为所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的导电图案。

根据上述结构，通过将所述辐射元件配置于电介质部件表面，具有可基于电介质部件的波长缩短效果来实现电极尺寸的小型化的优点。另外，也可对所述辐射元件赋予机械强度。

另外，在所述宽频带天线中，可构成为：具有多个所述辐射元件，各个辐射元件以使所述馈电点一致且所述直线重合的方式配置。

根据上述结构，同样地，由流向馈电线路的漏电流产生的电磁场与由在电极部流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路流动的漏电流被消除。由此，上述漏电流对频率平坦特性的不良影响被抑制。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，其结构优选为满足如下条件：

6≤b/a≤16

-50×c/λ₀+16≤b/a≤-125×c/λ₀+33.5

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，在所述宽频带天线中，可由电介质壳体覆盖所述辐射元件。

根据上述结构，通过由电介质壳体覆盖所述辐射元件，具有可基于电介质壳体的波长缩短效果来实现电极尺寸的小型化的优点。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，其结构优选为满足如下条件：

6≤b/a≤11.5

c/λ₀≤0.25

-36.4×c/λ₀+11.5≤b/a。

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，其结构优选为满足如下条件：

b/a≤12

-33.3×c/λ₀+12≤b/a≤-100×c/λ₀+24。

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的水平方向宽度设为w时，其结构优选为满足如下条件：

0.17≤2w/(b-a)≤0.95。

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，为了解决上述课题，本发明的另一方面提供一种宽频带天线，其具有由第一辐射元件及第二辐射元件构成的辐射元件、和由同轴电缆构成的馈电线路，所述第一辐射元件是与所述馈电线路的内芯连接的圆锥形状的导体部件，所述第二辐射元件是由圆锥形状的辐射部和以从该辐射部底面的外边缘向下方延伸的方式安装的筒状导体构成的导体部件，与所述馈电线路的外导体连接，所述第一辐射元件及所述第二辐射元件以圆锥顶点彼此面对的方式配置，所述筒状导体以其中心轴与馈电线路平行的方式配置。

根据上述结构，由向馈电线路流动的漏电流产生的电磁场与由在筒状导体流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路流动的漏电流被消除。由此，上述漏电流对频率平坦特性的不良影响被抑制。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述筒状导体的外径设为b、所述筒状导体的轴向长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，其结构优选为满足如下条件：

6≤b/a≤9

c/λ₀≤0.25

-30×c/λ₀+9≤b/a。

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

另外，在所述宽频带天线中，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述筒状导体的外径设为b、所述筒状导体的半径方向厚度设为w时，其结构优选为满足如下条件：

0.17≤2w/(b-a)≤0.95。

根据上述结构，上述漏电流的消除效果在整个工作频带内充分作用。

如上所述，本发明的宽频带天线具有由第一辐射元件及第二辐射元件构成的辐射元件、和由同轴电缆构成的馈电线路，所述第一辐射元件及所述第二辐射元件是以与向所述辐射元件供电的馈电点相对的方式配置、且具有相对于通过所述馈电点的直线而线对称的形状的导体部件，所述第一辐射元件与所述馈电线路的内芯连接，所述第二辐射元件与所述馈电线路的外导体连接，所述第二辐射元件连接有导体部件，该导体部件以长度方向轴与所述馈电线路平行的方式配置，且由相对于通过所述馈电点的直线而线对称的两个电极部构成。

因此，由向馈电线路流动的漏电流产生的电磁场与由在电极部流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路流动的漏电流被消除。由此，起到抑制上述漏电流对频率平坦特性的不良影响的效果。

附图说明

图1表示本发明的实施方式、是表示第一实施方式的宽频带天线的概略结构的平面图；

图2是表示宽频带天线中的第一辐射部件及第二辐射部件与馈电线路连接的图；

图3是表示在图1所示的宽频带天线中、可实现频率平坦特性的条件的图表；

图4是表示第一实施方式的宽频带天线的变形例的平面图；

图5是表示第二实施方式的宽频带天线的概略结构的立体图；

图6是表示在图5所示的宽频带天线中、可实现频率平坦特性的条件的图表；

图7是表示第三实施方式的宽频带天线的概略结构的立体图；

图8是表示在图7所示的宽频带天线中、可实现频率平坦特性的条件的图表；

图9是表示第三实施方式的宽频带天线的变形例的平面图；

图10是表示在图9所示的宽频带天线中、可实现频率平坦特性的条件的图表；

图11是表示第四实施方式的宽频带天线的概略结构的立体图；

图12是表示在图11所示的宽频带天线中、可实现频率平坦特性的条件的图表；

图13是表示由于天线的小型化导致的向馈电线路泄漏的漏电流变化的图表；

图14是表示在使用图9所示的宽频带天线实测时、辐射增益相对于频率的测量数据的图表；

图15是表示获得图14的测量数据时的测量环境的图；

图16是说明宽频带天线的尺寸关系的图；

图17是表示电极部水平方向的宽度和频率平坦特性的关系的图表；

图18是表示具有本发明的宽频带天线的通信设备的配置例；

图19是表示具有频率平坦特性的天线和不具有频率平坦特性的天线的、频率和天线增益关系的图表；

图20是说明天线的无指向性的图。

附图标记说明

1、2、3、4、5、6宽频带天线

11、21、61第一辐射部

12、22、62第二辐射部

12A、22A、62A辐射部

12B、22B电极部

13、23、33、63馈电线路

20电介质基板

41、51电介质壳体

62B筒状导体

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，基于图1～图4说明本发明的第一实施方式例。首先，图1及图2表示本发明第一实施方式的宽频带天线的概略形状。

如图1及图2所示，宽频带天线1具有：第一辐射元件11、第二辐射元件12及馈电线路13。第一辐射元件11是等腰三角形形状的导体部件。另外，第二辐射元件12由辐射部12A和在图1中省略的狭缝12B构成，该狭缝12B相对于等腰三角形的形状通过将其顶角附近的导体部件去除而构成，第二辐射元件12连接有以从该辐射部12A的底边两端向下方延伸的方式安装的两个电极部120。另外，馈电线路13是同轴电缆。电极部120的长度方向轴配置成与馈电线路13平行。

第一辐射元件11和第二辐射元件12以等腰三角形的顶角彼此相对的方式配置，两个等腰三角形的顶角彼此相接的点成为馈电点。如图2所示，第一辐射元件11在其顶角部分与馈电线路13的内芯13A连接，第二辐射元件12在其底边部分与馈电线路13的外导体13B连接。另外，设于第二辐射元件12的狭缝12B在其内部配置有从第一辐射元件延伸的连接用的导体110，以将第一辐射元件11与馈电线路13的内芯13A连接。

在此，由于第二辐射元件12的辐射部12A和馈电线路13的外导体13B电连接，故狭缝12B具有与外导体13B相同的电位。通过形成这样的结构，连接用导体110在被狭缝12B和辐射部12A包围的区域，获得与由同轴电缆构成的馈电线路13同等的屏蔽效果。

在宽频带天线1中，通过从馈电线路13向辐射元件(以下，当记为辐射元件时，指的是第一辐射元件11及第二辐射元件12)供给信号电流，从该辐射元件辐射信号电波。此时，流向馈电线路13的漏电流因设有电极部120而被抑制。即，在图1的结构中，因电极部120的长度方向轴与馈电线路13平行地配置，故由流向馈电线路13的漏电流产生的电磁场与由在电极部120流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路13流动的漏电流被消除。

另外，要求在宽频带天线1中，上述漏电流的消除效果也可在其整个工作频带内充分作用。之所以如此是因为若不这样，则工作频带内的天线增益的最大值和最小值的幅度变大，频率平坦特性(工作频带内天线增益的一致性)受损。另外，在本实施方式中，实现频率平坦特性的状态是指工作频带内的天线增益的最大值和最小值的幅度为6dB以下的状态。一般来说，通信距离和发送电力存在相关关系，理论上知道若发送电力降低6dB，则通信距离减半。因此，在假设来自通信设备的发送电力对应每一频率为一定时，优选为工作频带宽度内的天线增益的最大值与最小值之差在6dB以内。另外，在本实施方式中，在从天线向垂直方向偏斜±30°的范围内，若天线增益的最大值与最小值之差在6dB以内，则可实现频率平坦特性。

在此，将馈电线路13的直径设为a、两个电极部120的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、电极部120的垂直方向长度设为c时，通过解析求得在宽频带天线1中实现频率平坦特性的条件。其结果如图3所示。在图3中，将b/a作为纵轴，c/λ₀作为横轴。另外，λ₀是宽频带天线1的工作频带的下限频率波长。

根据图3，在图1所示结构的宽频带天线1中，在满足以下(1)～(3)式的条件下可实现频率平坦特性。

5≤b/a≤13             (1)

c/λ₀≤0.25            (2)

-36.4×c/λ₀+13≤b/a   (3)

另外，在图1及图2中，虽然使第一辐射元件11及第二辐射元件12的形状为等腰三角形而进行了说明，但也可将该形状替换为扇形或半圆形。另外，第一辐射元件11及第二辐射元件12的形状只要是相对于馈电点相对地配置、且相对于通过馈电点的直线而线对称的形状，也可将等腰三角形的各边变形成曲线。

另外，两个电极部120虽然可配置于第二辐射元件12的辐射部12A的底边的任意位置，但配置在两端时最能实现本发明的效果。配置在两端时，电流顺畅地流过两个电极部120，充分实现漏电流消除效果。

图4是图1所示的宽频带天线1的变形例。图4所示的宽频带天线2至少在电介质基板20的一面上形成有成为第一辐射元件21和第二辐射元件22的导电图案，该辐射元件与同轴电缆即馈电线路23连接。

第一辐射元件21是等腰三角形形状的导体图案。另外，第二辐射元件22是由辐射部和相对于等腰三角形形状而除去其顶角附近的导体部件而形成的狭缝(省略图示)构成的导体图案。第二辐射元件22连接有以从该辐射部的底边两端向下方延伸的方式安装的两个电极部220。第一辐射元件21和第二辐射元件22以等腰三角形的顶角彼此相对的方式配置，电极部220的长度方向轴与馈电线路23平行地配置。在宽频带天线2中也同样地，第一辐射元件21在其顶角部分与馈电线路23的内芯连接，第二辐射元件22在其底边部分与馈电线路23的外导体连接。

这样，在将成为辐射元件的导电图案配置在电介质部件即电介质基板20的表面的宽频带天线2中，具有可基于电介质部件的波长缩短效果来实现电极尺寸小型化的优点。另外，也可对上述辐射元件赋予机械强度。

在宽频带天线2中，将馈电线路23的直径设为a、两个电极部22B的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、电极部22B的垂直方向长度设为c时，在满足上述(1)～(3)式的条件下也可实现频率平坦特性。

(第二实施方式)

以下，基于图5～图6说明本发明的其他实施方式。首先，图5表示本发明第二实施方式的宽频带天线的概略形状。

图5所示的宽频带天线3结构为：使两片图1所示的宽频带天线1的天线图案(パタ一ン)以在垂直方向的线对称轴交差的方式而组合来构成辐射元件，将其与馈电线路33连接。在图5中，在组合后的各天线图案中，标注与图1的宽频带天线1相同的部件附图标记。

另外，图5的宽频带天线3虽然示出将两片上述天线图案组合后的结构，但也可为组合三片以上的结构。被组合的各个天线图案的结构也可以如图4所示地至少在电介质基板的一面上形成成为第一辐射元件21和第二辐射元件22的导电图案。

在此，将馈电线路33的直径设为a、两个电极部120的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、电极部120的垂直方向长度设为c时，通过解析求得在宽频带天线3中实现频率平坦特性的条件。其结果如图6所示。在图6中，将b/a作为纵轴，c/λ₀作为横轴。另外，λ₀是宽频带天线3的工作频带的下限频率波长。

根据图6，在图5所示结构的宽频带天线3中，在满足以下(4)～(5)式的条件下可实现频率平坦特性。

6≤b/a≤16                              (4)

-50×c/λ₀+16≤b/a≤-125×c/λ₀+33.5    (5)

另外，与图1所示的宽频带天线1相比，在图6所示的宽频带天线3中，可提高水平面方向的无指向性。即，在如宽频带天线3所示组合多片天线模式的结构中，越是增加该天线模式的片数，无指向性越高。

(第三实施方式)

以下，基于图7～图10说明本发明的其他实施方式。首先，图7表示本发明第三实施方式的宽频带天线的概略形状。

图7所示的宽频带天线4利用电介质壳体41覆盖图1所示的宽频带天线1的辐射元件。在图7中，对各辐射元件及馈电线路标注与图1的宽频带天线1相同的部件附图标记。另外，电介质壳体41中的辐射元件的结构也可为：如图5所示的宽频带天线4那样，使多片辐射元件以在垂直方向的线对称轴交差的方式而组合。

在此，将馈电线路13的直径设为a、两个电极部120的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、电极部120的垂直方向长度设为c时，通过解析求得在宽频带天线4中实现频率平坦特性的条件。其结果如图8所示。在图8中，将b/a作为纵轴，c/λ₀作为横轴。另外，λ₀是宽频带天线4的工作频带的下限频率波长。

根据图8，在图7所示结构的宽频带天线4中，在满足以下(6)～(8)式的条件下可实现频率平坦特性。

6≤b/a≤11.5              (6)

c/λ₀≤0.25               (7)

-36.4×c/λ₀+11.5≤b/a    (8)

这样，宽频带天线4通过由电介质壳体41来覆盖辐射元件，具有可基于电介质壳体的波长缩短效果来实现电极尺寸的小型化的优点。

另外，在本发明中，也可为与上述同样地由电介质壳体覆盖图4所示的宽频带天线2。在这种结构的宽频带天线中，在满足上述(6)～(8)式的条件下也可实现频率平坦特性。

图9是图7所示的宽频带天线4的变形例。图9所示的宽频带天线5结构为：将两片图4所示的、至少在电介质基板20的一面上形成成为第一辐射元件21和第二辐射元件22的导电图案的辐射元件，以在垂直方向的线对称轴交差的方式组合，构成辐射元件，由电介质壳体51覆盖该辐射元件。在图9中，对各辐射元件及馈电线路标注与图4相同的部件附图标记。另外，图9的宽频带天线5虽然示出组合两片上述天线图案的结构，但也可为组合三片以上的结构。

在此，将馈电线路23的直径设为a、两个电极部220的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、电极部220的垂直方向长度设为c时，通过解析求得在宽频带天线5中实现频率平坦特性的条件。其结果如图10所示。在图10中，将b/a作为纵轴，c/λ₀作为横轴。另外，λ₀是宽频带天线5的工作频带的下限频率波长。

根据图10，在图9所示结构的宽频带天线5中，在满足以下(9)～(10)式的条件下可实现频率平坦特性。

b/a≤12                                  (9)

-33.3×c/λ₀+12≤b/a≤-100×c/λ₀+24     (10)

(第四实施方式)

以下，基于图11～图18说明本发明的其他实施方式。首先，图11表示本发明第四实施方式的宽频带天线的概略形状。

图11所示的宽频带天线6具有第一辐射元件61、第二辐射元件62以及馈电线路63。第一辐射元件61及第二辐射元件62是圆锥形状的导体部件。另外，第二辐射元件62以从其底面外边缘向下方延伸的方式安装有筒状导体620。馈电线路63是同轴电缆。筒状导体620的中心轴与馈电线路63平行地配置。

第一辐射元件61和第二辐射元件62以圆锥顶点彼此相对的方式配置，两个圆锥顶点彼此相接的点为馈电点。第一辐射元件61在其顶点部分与馈电线路63的内芯连接，第二辐射元件62在其底面部分与馈电线路63的外导体连接。

即，宽频带天线6从具有非平衡馈电线路的双锥形天线的底面，在配置有馈电线路63的方向连接筒状导体620。

在宽频带天线6中，因所述筒状导体620的中心轴与馈电线路63平行地配置，故由流向馈电线路63的漏电流产生的电磁场与由在筒状导体620流动的电流产生的电磁场相互抵消，其结果，在馈电线路63流动的漏电流被消除。

在此，将馈电线路63的直径设为a、筒状导体620的外径设为b、筒状导体620的轴向长度设为c时，通过解析求得在宽频带天线6中实现频率平坦特性的条件。其结果如图12所示。在图12中，将b/a作为纵轴，c/λ₀作为横轴。另外，λ₀是宽频带天线6的工作频带的下限频率波长。

根据图12，在图11所示结构的宽频带天线6中，在满足以下(11)～(13)式的条件下可实现频率平坦特性。

6≤b/a≤9                (11)

c/λ₀≤0.25              (12)

-30×c/λ₀+9≤b/a        (13)

作为具有宽频带特性的天线，公知有双锥形天线。在该双锥形天线中进行非平衡馈电时，与馈电线路相比辐射元件十分大时，可忽略馈电线路的影响。但是，一旦将辐射元件小型化，则馈电线路也成为辐射元件的一部分，受馈电线路的影响，工作频带内向水平面方向的天线增益的最大值与最小值之差变为6dB以上，频率平坦特性受损。

因此，通过在上述双锥形天线以包围馈电线路周围的方式安装筒状元件，可减小漏电流向馈电线路的泄漏，并能够将工作频带内向水平面方向的天线增益的最大值与最小值之差收敛到6dB以内。这样，将筒状元件安装到双锥面天线的宽频带天线是上述第四实施方式说明的宽频带天线6。

但是，这种安装有筒状元件的宽频带天线在具有高性能的同时也存在制造工序复杂的问题。因此，通过组合多个平面天线图案也可容易地制造具有宽频带特性且可实现频率平坦特性的宽频带天线。这样，将多个平面天线图案组合的宽频带天线为上述第二实施方式中说明的宽频带天线3。

另外，即便形成为仅一片平面天线图案的结构，也可实现具有宽频带特性且能实现频率平坦特性的宽频带天线。这样，仅使用一片平面天线图案构成的宽频带天线是上述第一实施方式中说明的宽频带天线1。

在此，图13及表1表示解析因天线的小型化而导致对频率平坦特性的影响的结果。在该解析结果中表示：在双锥面天线中，将馈电线路的直径设为a、圆锥底面的直径设为b，使b相对于a的比率变化时向馈电线路流动的漏电流(图13)、和在工作频带内(在此为3～5GHz)天线增益的最大最小幅度(表1)。

(表1)

a∶b	1∶2	1∶6	1∶10	1∶14
					max-min@3-5GHz	14.5	17.1	7	3.3

根据图13及表1所示的解析结果，可知随着b相对于a的比率减小，漏电流增大，不能确保频率平坦特性。

图14表示在使用图9所示的宽频带天线5实际测试时、辐射增益(天线增益)相对于频率的测量数据。在该测量中，作为测量方法而使用“三天线法(スリ一アンテナ法)”(《アンテナ工学ハンドブツク》：社団法人電子情報通信学会編、株式会社オ一ム社発行、p.431-435)。三天线法是指测量修正值已知的标准天线后，通过测量被测天线，从而可测量将测量系统误差修正后的天线实测值的方法。另外，图15表示此时的测量环境。

在上述测量中，被测天线即宽频带天线5使用b/a＝10、c/λ₀＝0.12的天线。另外，工作频带为f₀～1.6f₀。根据图14所示的结果，在将工作下限频率f₀～上限频率1.6f₀的频率范围内，辐射增益的最大最小幅度约为2dB，因大大低于6dB，由此可知能获得良好的频率平坦特性。

在上述第一实施方式～第四实施方式所示的宽频带天线1～6中，虽然第二辐射元件中的电极部的形状(或筒状导体的径向剖面形状)为长方形，但本发明并不限于此，只要是具有与馈电线路平行的长度方向轴的形状即可，例如，也可为椭圆形状等。

另外，关于第二辐射元件中的电极部(或筒状导体)，本申请发明者提出：当水平方向上的宽度过小时，在整个工作频带内不能充分实现向馈电线路流动的漏电流的消除效果，作为宽频带天线的频率平坦特性降低。

将馈电线路的直径设为a、两个电极部的水平方向间距(外侧边缘间距)设为b、第二辐射元件中的电极部的水平方向的宽度设为w时(参照图16)，图17表示2w/(b-a)的值和频率平坦特性的关系。在图17中，将2w/(b-a)的值为横轴，工作频带内天线增益的最大值与最小值之差(天线增益的最大最小幅度)为纵轴。另外，在图11所示的宽频带天线6中，筒状导体620的外径与上述b对应，筒状导体620的半径方向厚度与上述w对应。

由图17可知，当2w/(b-a)小时，天线增益的最大最小幅度超过6dB而不能实现频率平坦特性，随着2w/(b-a)变大，天线增益的最大最小幅度小于6dB而可实现频率平坦特性。另外，在图17中，表示当2w/(b-a)的值大致接近1时天线增益的最大最小幅度接近7dB，可认为这是由于电极部的内侧边缘和馈电线路的外边缘过于接近，向馈电线路流动的漏电流消除而导致电磁场的产生空间消失。

根据图17，在本发明的宽频带天线中，在满足以下(14)式的条件下可实现良好的频率平坦特性。

0.17≤2w/(b-a)≤0.95                (14)。

上述第一实施方式～第四实施方式所示的宽频带天线1～6用于具有天线装置且通过该天线装置进行信息传送的电子设备，所述天线装置具有上述宽频带天线。

例如如图18所示，这样的电子设备可适用于在各自具有天线装置的多个通信设备中相互传递信息的通信方法。另外，在本实施方式中，在从天线向垂直方向倾斜±30°的范围内，若天线增益的最大值与最小值之差在6dB以内，则可实现频率平坦特性，因此，这些通信设备所具有的天线装置优选为设置在相互向垂直方向倾斜±30°的范围内。

Claims (16)

1.一种宽频带天线，具有由第一辐射元件及第二辐射元件构成的辐射元件、和由同轴电缆构成的馈电线路，其特征在于，

所述第一辐射元件及所述第二辐射元件为如下的导体部件，其与向所述辐射元件供电的馈电点相对配置，且具有相对于通过所述馈电点的直线线对称的形状，

所述第一辐射元件与所述馈电线路的内芯连接，

所述第二辐射元件与所述馈电线路的外导体连接，

所述第二辐射元件连接有如下的导体部件，该导体部件以长度方向轴与所述馈电线路平行的方式配置，并且由相对于通过所述馈电点的直线线对称的两个电极部构成。

2.如权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件：

5≤b/a≤13

c/λ₀≤0.25

-36.4×c/λ₀+13≤b/a

3.如权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述辐射元件至少在电介质基板的一面上形成有成为所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的导电图案。

4.如权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，

具有多个所述辐射元件，

各个辐射元件以使所述馈电点一致且所述直线重合的方式配置。

5.如权利要求4所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件：

6≤b/a≤16

-50×c/λ₀+16≤b/a≤-125×c/λ₀+33.5。

6.如权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，由电介质壳体覆盖所述辐射元件。

7.如权利要求6所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件：

6≤b/a≤11.5

c/λ₀≤0.25

-36.4×c/λ₀+11.5≤b/a。

8.如权利要求4所述的宽频带天线，其特征在于，由电介质壳体覆盖所述辐射元件。

9.如权利要求8所述的宽频带天线，其特征在于，所述辐射元件至少在电介质基板的一面上形成有成为所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的导电图案。

10.如权利要求9所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的长度方向的长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件：

b/a≤12

-33.3×c/λ₀+12≤b/a≤-100×c/λ₀+24。

11.如权利要求1～10中任一项所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述两个电极部的外侧边缘间距设为b、所述电极部的水平方向宽度设为w时，满足如下条件：

0.17≤2w/(b-a)≤0.95。

12.一种宽频带天线，具有由第一辐射元件及第二辐射元件构成的辐射元件、和由同轴电缆构成的馈电线路，其特征在于，

所述第一辐射元件是与所述馈电线路的内芯连接的圆锥形导体部件，

所述第二辐射元件是由圆锥形辐射部和以从该辐射部底面的外边缘向下方延伸的方式安装的筒状导体构成的导体部件，与所述馈电线路的外导体连接，

所述第一辐射元件及所述第二辐射元件以圆锥顶点彼此相对的方式配置，所述筒状导体以其中心轴与馈电线路平行的方式配置。

13.如权利要求12所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述筒状导体的外径设为b、所述筒状导体的轴向长度设为c、工作频带的下限频率波长设为λ₀时，满足如下条件：

6≤b/a≤9

c/λ₀≤0.25

-30×c/λ₀+9≤b/a。

14.如权利要求12所述的宽频带天线，其特征在于，将所述馈电线路的外导体的直径设为a、所述筒状导体的外径设为b、所述筒状导体的半径方向厚度设为w时，满足如下条件：

0.17≤2w/(b-a)≤0.95。

15.一种电子设备，其特征在于，具有上述权利要求1或12所述的宽频带天线。

16.一种传送方法，其特征在于，使用上述权利要求1或12所述的宽频带天线进行信号的传送。

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